□ 반도체 장비 원천 기술 개발, 신재료 개발, 핵융합 연구 등에 다양하게 활용될 수 있는 레이저 유도 극한 플라즈마 연구를 위한 ‘한일 극한 플라즈마 공동연구센터’가 국내에 문을 열었다.

□ 한국원자력연구원(원장 정연호)는 5월 23일 오전 10시 연구원 내 국제원자력교육훈련센터(INTEC)에서 배성근 교육과학기술부 국제정책관, 아제키 히로시 일본 오사카대 레이저에너지학연구소장, 김영길 한동대 총장 등이 참석한 가운데 ‘한일 극한 플라즈마 공동연구센터’ 개소식을 가졌다.

 ○ ‘한일 극한 플라즈마 공동연구센터’는 한국원자력연구원이 교육과학기술부 해외우수연구기관유치사업의 지원을 받아 레이저-플라즈마 연구 활성화를 위해 이 분야 세계 3대 연구기관 중 하나인 일본 오사카대 레이저에너지학연구소(ILE; Institute of Laser Engineering)와 함께 설립하는 전문 연구 센터다. 

 ○ 이 센터는 ILE의 지원으로 지난 2008년 한국원자력연구원에 이전 설치한 국내 최대 규모의 1 kJ(킬로주울) 고에너지 레이저 시설을 이용해서 차세대 레이저 발생 기술 개발, 고속/고밀도 플라즈마 제어 및 계측 기술 개발, 핵융합 기초 연구 등 원천기술 연구 뿐 아니라 레이저 유도 플라즈마를 이용한 반도체 리소그래피 광원 개발, 실리콘 재결정화, 금속 표면 개질, 태양전지 표면 처리 기술 개발 등 다양한 응용 기술 개발을 위해 공동 연구를 수행할 예정이다.

  ※ 극한 플라즈마(또는 고에너지밀도 플라즈마, high energy density plasma) : 상온에서 물질의 에너지 밀도에 해당하는 에너지(1011 J/㎤)를 외부에서 가한 상태로, 이에 대응되는 물리 변수들로는 압력 1 Mbar, 레이저 세기 3×1015 W/cm2, 흑체복사온도 400 eV, 자기장 세기 500 T 등이 있다. 2004년 미국 국가연구위원회(NRC; National Research Council)가 선정한 3대 과학 분야 중 하나임

  ※ 1kJ 고에너지 레이저 시설 : 태양 중심부 밀도의 4배에 달하는 고에너지 밀도 환경을 구현할 수 있는 국내 최대이자 세계 10위권 규모의 고에너지 레이저 연구 시설. 태양 내부나 초신성 폭발 같은 초고온-고압-고밀도의 우주 현상의 규명 연구, 다이아몬드 등 희귀광물 생성 과정 규명 등 첨단 고에너지밀도 과학 및 앙자광학 연구를 수행할 수 있다.

□ ‘한일 극한 플라즈마 공동연구센터’에 참여한 일본 레이저에너지학연구소(ILE)는 세계 3대 관성 핵융합(레이저 핵융합) 연구기관으로 Gekko Ⅻ, FIREX 등 세계적인 레이저 시설을 운영 중으로, 지난 2001년에는 레이저 핵융합의 효율을 10배 향상시킨 고속점화 실험을 성공시킨 바 있다.

  ※ 고속점화 (高速點火, fast ignition) : 수백 g/cc 정도의 고밀도를 갖는 플라즈마에 빛의 속도에 가깝게 가속된 고에너지의 전자를 주입해서 핵융합 반응을 일으키는 방식. 기존의 레이저 핵융합에 비해 100배 이상의 에너지 효율을 얻을 수 있는 획기적인 방법으로 레이저 핵융합의 상업적 가능성을 높이고 있는 것으로 평가받고 있다.

 ○ ILE는 보유 중이던 Gekko Ⅳ 레이저 시설을 한국원자력연구원에 양도해서 1kJ 고에너지 레이저 시설 구축에 기여한 바 있으며, 이번 공동 연구센터 개소를 계기로 극한 플라즈마 연구에 필요한 첨단 계측 기술을 추가로 제공하고 연구 인력을 파견하기로 했다.

□ 세계적 연구 기관인 ILE가 참여하는 ‘한일 극한 플라즈마 공동연구센터’는 선진국이 독점해온 대형 레이저 시설 이용 연구 분야의 국내 관련 연구를 활성화하고, 첨단 반도체 장비 원천 기술, 신재료 개발 등 산업 원천 기술 및 관성 핵융합 기반 기술 확보에도 기여할 것으로 기대된다.

 ○ 한국원자력연구원은 이날 개소식에 이어 연구원내 국제원자력교육훈련센터(INTEC) 우남홀에서 국내외 산학연 연구자 및 학생들이 참가한 가운데 ‘고에너지밀도 플라즈마 워크숍’을 개최했다. 아제키 히로시 ILE 소장의 ‘관성 핵융합 효율 향상을 위한 고속점화 연구와 전망’ 주제 발표에 이어 레이저를 이용한 실험실 천체 우주 물리, 레이저-플라즈마 가속, 고출력 레이저 개발 등 최신 연구 현황이 소개됐다.

 ○ 한국원자력연구원은 공동연구센터 개소를 계기로 한-일, 한-중, 한-유럽 등  국제 공동연구를 강화하고, 적극적인 시설 개방과 정기적인 워크숍을 통해  국내 산학연 관계자들의 극한 플라즈마 연구 활성화를 도모할 계획이다.